【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 白玉京】

根據(jù)CNN11月16日的報道，國際空間站的泄露問題日漸加劇。盡管宇航員們一直在修補問題區(qū)域，但情況已經(jīng)到了白熱化的地步。另外據(jù)美國“太空”網(wǎng)站消息，空間站的泄露問題已經(jīng)持續(xù)了五年，目前美俄雙方在泄露是否嚴(yán)重上存在分歧；俄方“不認(rèn)為存在災(zāi)難性解體的風(fēng)險”，美國則要求?？吭趪H空間站的載人“龍”飛船增加臨時座椅以備緊急撤離之需。

國際空間站的年久失修并非捕風(fēng)捉影的傳聞，而是板上釘釘?shù)氖聦?。始建?998年的國際空間站，是16個國家聯(lián)合參與的合作項目，最初設(shè)計的使用年限是15年，也就是到2013年。目前國際空間站正處于超期服役的狀態(tài)中，且超期服役的零部件有588個之多。

凡事必有終結(jié)，俄羅斯計劃最早于2028年離開國際空間站，而其他合作伙伴則表示于2030年離開。不論如何，國際空間站將于2030年隕落的事實已經(jīng)不可避免。美國迫不及待決定了它的死亡方式，還決出了掘墓人——NASA宣布SpaceX戰(zhàn)勝美國“次子”諾格（長子波音，三子洛馬），贏得了主持這一太空葬禮的“榮耀”，合同價值高達8.43億美元。

SpaceX將建造發(fā)射離軌飛行器（Deorbit Vehicle，DV），將國際空間站送入大氣層燒毀。至少在吃瓜這件事上，SpaceX從不讓人失望。NASA和SpaceX急不可耐地公布了離軌飛行器的一些細(xì)節(jié)和渲染圖。

SpaceX公布的離軌飛行器推動國際空間站的渲染圖，注意尾部蜂窩煤一樣密集的推進器。SpaceX

我們除了全程關(guān)注國際空間站的“葬禮”細(xì)節(jié)之外，也有更迫切的事情需要思考——遠比吃瓜更重要。據(jù)CCTV報道，中國天宮空間站設(shè)計壽命10年，如果從2021年算起，將于2031年退役。換而言之，有沒有可能是前后腳的事情？從中美如何應(yīng)對空間站退役，到中美怎么搞下一代空間站，是無縫銜接，且非常有趣的話題。

強大的離軌飛行器

SpaceX的離軌飛行器，將是人類歷史上推力空前強大的外太空飛行器，畢竟要推動的是400多噸的龐然大物。從本質(zhì)上來說，它是貨運“龍”的魔改版，整合了多項成熟的技術(shù)，同時進行了顯著的增強和改進，以適應(yīng)國際空間站安全離軌和退役的復(fù)雜任務(wù)。

為了便于理解，我們不妨把離軌飛行器稱為“離軌龍”或“出軌龍”?！俺鲕夶垺睂⑴鋫?6個“天龍座”（Draco）推進器，其中16個用于姿態(tài)控制，30個用于降低空間站軌道所需的推進操作。與標(biāo)準(zhǔn)型貨運“龍”飛船相比，“出軌龍”的推進劑是貨運型的6倍、發(fā)電能力是其3到4倍、主干段長一倍，主要用于容納發(fā)動機、推進劑箱、發(fā)電系統(tǒng)和其他系統(tǒng)。

“天龍座”推進器名氣遠沒有“默林”和“猛禽”發(fā)動機那么響亮，但它其實也是SpaceX帝國的基石，廣泛地應(yīng)用于“龍”飛船。“天龍座”使用具有自燃特性的單組元推進劑，具體為四氧化二氮（N2O4）和單甲基肼（MMH），在混合時無需點火裝置即可產(chǎn)生高能量燃燒。

Maxar商業(yè)成像衛(wèi)星最近拍攝的國際空間站照片，絕佳的展示了太空巨物之雄壯，和離軌飛行器的對接位。波音可憐的星際飛船位于中間右下方，從空間站的前對接端口伸出。SpaceX 的離軌飛行器將?？吭谕磺皩佣丝冢员阍谠撚媱澯?2030 年左右結(jié)束時安全地將實驗室推出軌道。Maxar

“出軌龍”總重約30噸，容納了16噸推進劑。但是，推進劑越少越好，而不是越多越好，16噸顯然經(jīng)過SpaceX的精心計算。根據(jù)齊奧爾科夫斯基火箭方程粗略估算，推動國際空間站完成離軌約需要22噸推進劑。然而，理論計算跟實際工程存在缺口，通過流程上的優(yōu)化，16噸足以滿足要求——“出軌龍”不會只點火一次就完成國際空間站的離軌操作。大致流程如下：

國際空間站運行高度當(dāng)前約400千米，最后一批宇航員進入國際空間站后，“出軌龍”對接國際空間站，國際空間站軌道高度自然衰減到330千米，宇航員離開，自然衰減到220千米時，“出軌龍”開始推進，通過多次點火，將國際空間站軌道降低到160千米，進而完成離軌燃燒。國際空間站的最終墜落地點還未確定，可能位于南太平洋，墜落區(qū)域呈橢圓形，長軸約為2000千米。按NASA的說法，國際空間站的碎片，大的像轎車，小的像微波爐；砸到小朋友跟花花草草都不太好。

30噸的“出軌龍”是一個龐然大物，發(fā)射是一個大難題。可復(fù)用的“獵鷹”9顯然是不行的，只能把15噸的載荷送入LEO軌道，就算不回收第一級，也只能把22.8噸的載荷打上天?！矮C鷹重型”火箭LEO軌道運載能力為63.8噸，理論上問題不大，但實際發(fā)射這么大的玩意，還不清楚“獵鷹重型”火箭是否需要進行結(jié)構(gòu)補強和相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計。

不難看出，不論是建造一款離軌飛行器還是發(fā)射一款離軌飛行器，都不是一件容易的事情，世界上有把握做成的沒幾個。SpaceX的“龍”飛船相當(dāng)成熟，發(fā)射運營得心應(yīng)手，魔改版的研發(fā)，進度可控風(fēng)險可控，這就是SpaceX能擊敗諾格的關(guān)鍵原因。NASA拋棄諾格，就是擔(dān)心諾格的方案得從頭開始，一不小心，極易成為新一代“鴿神”。

中國天宮空間站只能用10年？

國際空間站從1998年發(fā)射首個模塊算起，預(yù)計到2030年退役，共計服役32年之久。國際空間站面臨退役，中國天宮空間站也一樣面臨著退役的問題。

中國天宮空間站全貌。中國載人航天辦公室

中國天宮空間站的設(shè)計壽命是10年，但這是非常保守的一個數(shù)字。當(dāng)然，我們沒必要鉆牛角尖，死摳“42年”和“10年”這兩個數(shù)字，得出國際空間站一定優(yōu)于中國空間站的結(jié)論。其實國際空間站原始壽命也就15年左右，歷經(jīng)數(shù)次延壽。中國載人航天工程空間站系統(tǒng)總指揮王翔曾在央視采訪中回應(yīng)稱，空間站的實際使用壽命遠比10年的設(shè)計壽命要長。

天宮空間站跟國際空間站都采取了模塊化設(shè)計，通過維修和更換模塊化艙段，實際使用壽命將達到15年甚至更長。而國際空間站的設(shè)計和建造，美國拉了俄羅斯、日本、加拿大等國參與，有好有壞。好處是分擔(dān)資金成本和技術(shù)成本，壞處是眾口難調(diào)，節(jié)奏不好把握，比如加拿大設(shè)計必不可少的機械臂，拖過后腿。天宮空間站則由中國獨立建造，各個艙段不求人，更換和維修不需要征求別的國家同意，自然有利于在實操中延長天宮空間站的壽命。

10年也好，15年也罷，天宮空間站退役時，也一樣面臨如同國際空間站退役時的兩個核心問題，其一是中國或許也需開發(fā)離軌飛行器，但這個問題還算好回答，畢竟可以摸著SpaceX的石頭過河。其二是下一代空間站由誰來造，怎么造？